新材料自密实混凝土在东升水电站的应用.pdf

2 0 1 1年第 3期 ( 第 3 9卷) 黑龙江水利科技 H e i l o n g j i a n g S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y o f Wa t e r C o n s e r v a n c y No ． 3 ． 2 0 1 1 ( T o d a l N o ． 3 9 ) 文章编号 ： 1 0 0 7— 7 5 9 6 ( 2 0 1 1 ) 0 3— 0 0 7 7— 0 2 新材料 自密实混凝土在 东升水 电站 的应用 赵宇禄 ( 哈 尔滨高新技术产业开发 区基础设施开发建设 有限公 司， 哈尔滨 1 5 0 0 0 0) 摘 要 ： 自密混凝土技术是清华大学的发明专利， 作为一种新的材料， 它与常规混凝土相比存在着显著的优势， 在南方很多省份都 进行 了相关试验 ， 利用 自密实混凝土修建 了很多水利设施 ， 反响 良好 。文章介绍 了 自密实混凝土这一新 材料在北方 中型水 电站中的应用 。 关键词 ： 自密实混凝土； 新材料； 卓越的流动性； 黏聚性； 无振捣； 自重密实 中图分类号 ： T V 5 4 4 文献标识码 ： B l 自密实混凝土的特点概述 大体积混凝土特别 昌大坝混凝土， 要尽量降低水泥用 量， 从而降低混凝土的水化热和成本。一般而言， 采用大粒 径骨料可以起到这样的作用， 例如， 目前大坝混凝土往往采 用四级配 ， 骨料最 大粒径可达到1 5 0 m m。但是 常规 混凝 土搅 拌和施工工艺受到拌和能力、 振捣能力的限制 ， 难 以使用更 大的骨料。自密实混凝土充填堆石体施工工艺 ， 采用自密实 混凝土代替高流动砂浆 ， 将一定粒径的堆石直接入仓， 形成 有空隙的堆石体 ， 然后从堆石体上部倒人 自密实混凝土 ， 利 用自密实混凝土的高流动抗离析性能， 使 自密实混凝土依靠 自重自动卦以到堆石的空隙中， 形成完整 ， 密实， 有较高强度 的混凝土 ， 这样 形成的混凝土称为 自密实混凝土 。 自密实混凝土是指在浇筑过程 中无需施加任何振捣 ， 仅 依靠混凝土 自重就能完全填充至模板内任何角落和钢筋间 隙的混凝土 。自密实 混凝 土具 有卓越 的流动 性能 的 同时并 不发生离析和泌水的现象； 在传统的坍落度试验中， 自密实 混凝土能够达到2 6 0 mm以上的坍落度、 6 0 0 m m以上扩展度。 自密实混凝土的设计理念与常规混凝土最大的差别在于： 自 密实混凝土在配合比设计上用粉体取代了相当数量的石子， 通过有效的包裹输运石子， 从而达到自密实的效果。传统的 自密实混凝土需使用大量的胶凝材料， 其单方胶凝材料用量 [ 收稿 日期] 2 0 1 1— 0 3— 0 9 [ 作者简介] 赵宇禄 1 9 8 3一) ， 男， 黑龙江富锦人 ， 助理工程师。 往往在5 0 0 k g 以上 ， 甚至于6 0 0 k g ； 清华大学结合我国国清， 通过对各地原材料的试验目前可使用4 0 0 k g 左右的胶凝材料 配制性能优良的自密实混凝土， C 2 0自密实混凝土的单方水 泥用 量约为2 0 0 k g ， C 6 0自密 实混 凝土 的单 方水 泥用 量约 为 3 5 0 k g ； 不仅 有效 地降低了 自密实混凝土 的配制技 术 ， 而且 自 密实混凝土的胶凝材料和水泥用量的降低对其综合性能的 提高和改善都有着显著的效果。 2 该材料在工程中的应用 自密实混凝土技术虽然在南方很多省份都进行了相关 试验， 并利用其修建 了很多水利设施 ， 但在寒冷地区应用却 很少 。 拟建的东升水电站位于牡丹江市东宁县东宁镇西绥芬 河干流上 ， 坝址以上集水面积8 1 0 5 k m 。 2 ． 1 坝址基本 情况- 绥芬河流域属于 中温带大陆性季风气候区。根据东宁 站气象资料统计 ， 多年平均气温 5 ． 0 ℃， 最高气温出现在 7 、 8 月份 ， 最高温为 3 7 ． 3 ~ C； 1 2月份及 1 月份最冷， 平均气温在 一 1 2 ~ C一一1 5 ~ C， 最低气温为 一3 2 ． 1 ℃。最大冻土深度1 ． 8 m。 多年平均降水量在5 5 0 m m 左右 ， 下游及河谷区多年平均降水 量在5 0 0 mm 左右。降水主要集中在汛期 6～ 9月。多年平均 蒸发量 为6 7 6 ． 4 m m。 一 7 7 — 2 0 1 1 年第 3期 ( 第 3 9卷) 黑龙江水利科技 H e i l o n g j i a n g S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y o f Wa t e r C o n s e r v a n c y No ． 3． 2 Ol 1 ( T o d a l N o ． 3 9 ) 2 ． 2 枢纽布置 水库最大库容为5 8 2 4万 m ， 为中型工程 ， 即工程等级为 Ⅲ等， 主要建筑物挡水坝、 溢洪道、 引水隧洞及坝后式水电站 进口为 3级， 按5 0 a 一遇洪水设计， 1 0 0 0 a 一遇洪水校核。溢 流坝消能防冲按3 O a 一遇洪水设计 ， 1 0 0 0 a 一遇洪水校能。 混合式电站级别为 4级 ， 按5 O a 一遇洪水设计， 1 0 0 a 一遇洪 水设计， 按3 0 a 一遇洪水设计， 5 0 a 一遇洪水校核。 坝区枢纽系统由重力坝 、 溢流坝、 放水洞等组成。坝线 总长度为3 4 0 r t l ， 沿坝线由左至右依次布置为左侧重力坝段、 放水洞、 右侧重力坝， 其 中左侧重力坝坝长 1 9 5 m， 坝顶宽 6 m， 坝顶高程为1 5 9 ． 2 5 m。放水洞布置在重力坝第九坝段 内， 进口底板高程1 4 6 ． 0 0 i n ， 钢管内径1 ． 3 I l l ， 管道总长2 9 I n 。 在左侧重力坝右侧主河槽 内为溢流坝段， 长1 0 9 i n ， 堰顶高程 为1 4 4 ． 0 0 i n ， 闸孔总净宽9 0 I n ， 分 6孔， 单孔净宽为1 5 i n 。右 侧 重力坝段长3 6 H i 。 2 ． 3 筑坝材料的选择 重力坝采用堆石混凝土结构， 堆石混凝土设计容重为 2 ． 4 5 g ／ c m 。根据坝体的强度 、 抗冻、 抗渗要求的不 同， 坝体 混凝土分成两个 区域， 上游面1 i n 宽范围为防渗、 抗冻区域， 表层布置抗裂构造钢筋， 强度等级采用 C 2 5 ， 抗冻等级采用 F ’3 0 o ， 抗渗等级为 W4 ； 其他部分为坝体混凝土区域 ， 强度等 级采用 C 1 5 ， 抗 冻等级采用 F 2 0 o 。 堆石混凝土就是用 自密实性能优 良的自密实混凝土充 填堆石体所形成的致密混凝土， 施工工艺是将一定粒径要求 的堆石直接入仓， 形成有空隙的堆石体， 用 自密实混凝土代 替高流动砂浆， 从堆石体上部倒入 自密实混凝土， 利用 自密 实的高流动和抗离析性能， 使 自密实混凝土依靠 自重 自动填 充到堆石的空隙中， 形成完整、 密实、 有较高强度的混凝土， 量 ， 现场控制管理更加简便易行； ②避免了混凝土振捣密实 的过程 ， 消除了人为的不利干扰， 施工质量和稳定性更加容 易保证 ； ③施工工艺简单流畅， 能大幅提高大仓面混凝土的 施工效率、 极大地缩短施工工期； ④使用了大量的块石作为 原材料 ， 且施工工艺简单 ， 因此大大的降低了综合成本； ⑤单 位堆石混凝土的水泥含量很少 ， 因此水化温升小， 温控简单 ； ⑥具有大块岩石稳定堆积构成的骨架， 具有优 良的体积稳定 性 ， 体积收缩小， 较强的抗裂性能和抗渗性能； ⑦可减少或免 除凿毛工序 ， 提高施工速度。 通过 国内多项工程 中的应用验 证表 明 ： 堆 石混凝土 替代 传统混凝土筑坝可提高施工速度 2 0 ％ 一 3 0 ％， 可降低工程造 价 1 0 ％ ～ 2 0 ％。综合以上， 设计采用堆石混凝土坝作为东升 水电站的设计坝型， 表层混凝土采用 C 2 0 ， 内部混凝土采用 C 1 5 ， 大坝水位变化区等受冻严重部位的混凝土， 抗冰冻等级 为 F 3 0 0 ； 受冻较轻部位 的抗冰冻 等级为 F 2 0 0 ， 大坝混凝 土 的 抗渗等级为 W4 。 3 结论 虽然 自密实混凝土有着与常态混凝土不可比拟的优点， 但是作为一种新兴的事物 它还没有 自己相应的规范， 只是 参 照了常态混凝 土 的相关 规范 。而且 在工 程应 用 中还 需注 意 以下 问题 ： 仓面 内粒径小 的堆 石过 多 ， 容易 导致填 充 不密 实 ； 模板刚度、 强度不足， 缝隙过大； 混凝土入仓强度低， 影响 了堆石混凝土的施工效率和质量。而且在寒冷地区还没有 具体的工程实例 ， 堆石混凝土的施工流程和关键环节， 还得 在 实施 阶段进行 比较 和改进 ， 从而使这 项新技 术变 的更 加 的 成熟 ， 在全国的水利建设发挥更大的作用。 参考文献 ： [ 1 ] 黑龙江 省水利水 电勘 测设计研究 院 ．黑龙 江省东宁县 大唐东 堆石混凝土施工技术作为筑坝新技术在山西清峪水库重力 升水电站工程初步设计报告[ R ] ．哈尔滨 ： 黑龙江省水 利水 电 坝工程、 恒山水库双曲薄拱坝加固工程、 河南宝泉抽水蓄能 勘测设计研究院 ，2 叭 o ． 电站上库副坝工程等多个水利水电工程 中得 以应用。堆石 [ 2 2 清华大学 ．堆石混凝土新技术培训教材 [ R] ．北京 ： 清华大学 ， 与常态混凝土或浆砌威石相比具有很多优势 ： ①施工过程简 2 0 0 6 单 ， 最大限度地减少了混凝土仓面的施工人员和机械工作 一 78 —